ap1000压水堆核电站主蒸汽管道嵌入式支管座焊接接头的射线检测工艺

ap1000压水堆核电站主蒸汽管道嵌入式支管座焊接接头的射线检测工艺

0主要安全系统ap1000是美国西屋公司开发的三级压水坝核电站。采用双环路布局，标准偏差100mw。主要安全系统采用非能动设计，布置在安全壳内，安全壳为双层结构，外层为预应力混凝土，内层为钢板结构AP1000压水堆核电站主蒸汽管道的核安全等级为二级，是核电站中从蒸汽发生器出口到主蒸汽隔离阀之间的管道。其中，从安全壳贯穿件到主蒸汽隔离阀之间的管道上，集中布置有主蒸汽安全阀入口管线、主蒸汽凝结水疏水管线、大气释放阀入口管线的分支管本文以11.1凝结水疏水管线和大气释放阀入口管线的支管布置在主蒸汽管线上，从安全壳贯穿件到主蒸汽隔离阀之间的管道上，集中布置有主蒸汽安全阀入口管线(6个/单环路)、主蒸汽凝结水疏水管线(1个/单环路)、大气释放阀入口管线(1个/单环路)的分支管，具体布置形式如图1所示。这些支管由于受到标准管件异径三通的尺寸规格限制，在很多情况下必须采用管道开孔的方法来实现不同管径主管和支管之间的连接。一般采用焊接支管座，以弥补由于主管开孔引起的强度下降。而在核级管道的设计中，依据ASMEBPVCⅢNC分卷要求，对大于1.2标准执行的标准嵌入式支管座为马鞍型，采用锻造工艺制作，制作按MSSSP-97—2012标准执行。锻制嵌入式对焊支管座具有受力均匀、应力集中系数小、承载能力高、将原角接接头转变为对接焊接接头等特点AP1000核电主蒸汽管道上使用的嵌入式支管座的规格有3种，分别为嵌入式支管座一般需要依据设计要求进行定制加工，本文以1.3asmosa-1333-4焊接方法主蒸汽管道的材料为ASMESA-335Gr.P11,规格为：Ø965.2mm×44.2mm。嵌入式支管座的材料为ASMESA-182Gr.F11CL.2,厚度为47.52mm。焊接方法为：GTAW+SMAW,其中打底部位采用GTAW(手工氩弧焊),填充盖面采用SMAW(手工电弧焊)。填充用的焊丝和焊条分别为ER80S-B2(GTAW)和E8018-B2(SMAW)。200嵌入式支管座焊接接头坡口形式如图4所示。200嵌入式支管座焊接接头的结构形式如图5所示，1.4常见缺陷分析焊接采用手工氩弧焊打底，手工电弧焊填充和盖面。低合金钢的焊接过程中存在淬硬倾向和冷裂倾向焊接过程中各层道清理不彻底将产生夹杂缺陷，焊接受环境因素影响和焊条烘干、焊工手法等因素也较容易产生气孔等缺陷。坡口熔合面，特别是坡口较小且形状比较复杂的嵌入式支管座一侧，极易产生坡口未熔合；层道之间填充时的不当操作，也易产生层间未熔合。受焊接应力和结构影响，打底焊道还容易产生裂纹。焊接过程中的预热温度不当、焊接中断后对焊接接头消氢处理不当、焊后热处理不当等均有可能产生裂纹类的危害性缺陷。综上所述，嵌入式支管座焊接接头在焊接过程中较容易出现裂纹、未熔合、夹杂、气孔、内凹等常见的焊接缺陷，对无损检测工艺的可靠性和完善性提出了更高的要求。同时，该类焊接接头是在主蒸汽管道上，起到连接蒸汽安全阀的重要作用，承受着核电站运行时高温蒸汽，其焊接接头的完整性是非常重要的。22.1射线检测检测在核电站的建造阶段，射线检测作为一项常用的体积检测手段并有着广泛的应用。对该类嵌入式支管座焊接接头的体积检测，受限于其特殊的结构，采用其他手段(如超声检测)存在一定程度技术限制且难度较大，而采用射线检测则是较为可靠和有效的检测手段。依据ASMEBPVCⅢNC分卷的规定，对于公称直径大于100mm的焊接支管和接管嘴(A类、B类全熔透焊接接头)必须进行100%RT以及100%PT或100%MT的相应无损检测，以确保焊接接头的质量符合相应质量验收准则的要求。打底焊接完成后须进行100%PT,以确保打底焊的质量。射线检测的技术要求执行ASMEBPVCⅤ卷第二章中的规定。关于像质计灵敏度的要求，执行ASMEBPVCⅢNC分卷表NC-5111-1中的规定。2.2焊接接头几何结构分析由本文第1.3节和1.4节的论述可知，主蒸汽管道嵌入式支管座焊接接头对射线检测工艺的可靠性有着较高的要求，同时还需要满足施工进度的要求。射线检测工艺的制定，需要对该类焊接接头的几何结构进行全面地分析，以寻求既能符合技术要求，又具有操作便捷性的方法，从而确保该类焊接接头质量控制的有效性和可靠性。嵌入式支管座以马鞍型并呈90°锥型嵌入式支管座焊接接头呈特殊的走向，射线检测透照布置时的对焦对射线检测的成像质量有重要的影响，直接决定了是否能有效地检出焊接接头内可能存在的各类缺陷。规范的布片要求也是十分重要的，其直接影响底片评定时的超标显示与焊接接头实物的对应关系，也能为返修提供准确的缺陷位置信息。2.3mm射线源采用Ir192伽马源，源焦点尺寸为Ø3mm×2mm。伽马源具有穿透能力较大、曝光场大、曝光头布置灵活等优点，选用较小焦点尺寸的放射源，可以克服几何不清晰度(2.4几何结构分析依据设计要求，射线检测技术按ASMEBPVCⅤ卷第二章的要求执行。在选择透照方式时应优先选择单壁透照同时，考虑嵌入式支管座焊接接头透照厚度薄壁一侧为44.2mm,厚壁一侧为47.52mm,预估内侧余高2mm,外侧余高3mm,单壁透照厚度已达52.52mm。从几何结构分析，采用Ir192放射源在管道内部进行透照布置，亦存在一定范围内合适的焦距对该类焊接接头进行全周向透照的可行性。在考虑优选焦距时，还需要考虑ASME规范对几何不清晰度(在考虑射线检测透照片位数量时，以嵌入式插管座与主蒸汽管道相贯线的实测焊缝长度为实际被检焊缝长度，同时考虑ASME规范对底片黑度均匀度控制的要求，选取合适的透照片数，保证焊缝及热影响区均被有效检测，同时还应考虑足够的搭接范围。为可靠地评估射线检测的像质灵敏度，每次透照时，须依据透照的片位号，在每个透照部位各放置一个线型像质计(IQI)。ASMEBPVCⅤ卷第二章T-274关于几何不清晰度的规定如下：=式中，ASME规范对几何不清晰度的限值如表2所示。据上，源焦点尺寸为Ø3mm×2mm,单壁透照厚度52.52mm。鉴于嵌入式支管座焊接接头的重要性，此处嵌入式支管座焊接接头射线检测透照示意见图7。2.5曝光定位工装设计对嵌入式支管座焊接接头采用源在内的单壁透照射线检测时，可以大幅度地提高检测效率、降低操作人员的辐射安全风险，布片工作在管道外壁实施亦大幅降低了操作难度。但是，该透照工艺非常关键的一点，是要将放射源曝光头按优选的焦距送达指定的位置，方能保证透照影像的质量，并满足ASMEBPVCⅤ卷第二章的相关要求，特别是对像质灵敏度和黑度的要求。对该类焊接接头射线检测时，源焦点偏离中心点或者未达到规定的最小焦距，会严重影响射线底片的成像质量，甚至导致大量的废片。鉴于此，设计制作一套导源和固定曝光头的工装十分重要。嵌入式支管座焊接接头射线检测专用工装如图8所示。使用嵌入式支管座焊接接头射线检测专用工装开展射线检测，如图9所示。曝光定位工装可依据源导管情况做适当调整，但须注意，伸入支管座内部的距离应不能遮挡放射源对焊接接头进行透照。使用专用工装时，要保证γ源输源管曲率半径大于300mm,以防止卡源的辐射安全事故。2.6主蒸汽管道嵌入式支管座焊接接头布片工艺依据APP-GW-P0-008中第3.12节的要求，射线检测采用双片技术透照。为了保证底片评定时缺陷的准确定位，射线检测时必须严格按照一定的规则进行布片，确保底片评定时定位的缺陷与焊接接头的实际位置一一对应，便于对超标缺陷的返修定位。主蒸汽管道嵌入式支管座焊接接头的布片方法为：以管道介质流向上游侧为起点，顺时针布片，序号1～16,共计16套(见图10)。每张片位的透照有效长度为80mm。鉴于实际焊接接头的焊缝宽度较大且焊缝延伸方向带有一定的弧度，胶片选用180mm×100mm,主要考虑有充分的搭接范围和完全覆盖被检区域(含热影响区),保证不漏检和有效地降低废片率。实际检测时，应将奇、偶数片位分别布片，采用两次曝光，完成对该类焊接接头的全部检测。每个透照部位均应放置线型像质计，作为评估射线底片质量的重要手段和依据。2.7最低黑度评定射线底片评定区范围内的黑度应控制在2.0～4.0之间，双片评定时单张底片最低黑度为1.3,并且应使评定区的黑度范围控制在需见线型像质计丝径临近母材处黑度的-15%～+30%以内。射线底片的灵敏度至少满足表3中的要求，此处应达到表3中丝型像质计(IQI)放置于胶片一侧的丝径或丝号的要求。2.8背散射防护滤光板采用铅制，厚度0.5mm。增感屏采用前置，前屏、中屏及后屏厚度均为0.15mm。为有效防止背散射对成像质量的影响，采用厚度2mm的铅做背散射防护。背散射的防护效果评估，采用“B”铅字进行验证。2.9爱克发d4、c射线照相胶片选用ASTME1815中规定的等级Ⅰ,具体牌号可选用柯达MX125、爱克发D4或C4。暗室处理为手工冲洗，具体工艺参数为：显/定影温度(20±1)℃,显影时间5～8min,停显时间30～60s,定影时间10～16min,水洗时间不少于30min,底片采用自动烘干。2.10曝光参数为保证焊接接头缺陷的有效检出以及射线底片满足像质灵敏度、黑度的要求，推荐曝光量为1600Ci·min。3节执行的评定AP1000核电站主蒸汽管道的嵌入式支管座焊接接头，其质量验收标准按ASMEBPVCⅢNC分卷NC5320节执行，即射线底片评定时，底片上存在如下类型或超出规定限值的均应拒收。(1)任何形式的裂纹、未熔合或未焊透。(2)显示长度大于(3)内部焊根的状态在射线底片上的黑度无突变时是可接受的；但如果这种焊根状态的任一侧上，底片上的条状显示达到上述(2)的规定时。(4)在12(5)圆形显示超过ASME第Ⅲ卷强制性附录Ⅵ规定可接受范围的。44.1黑色和图像测量的精度SGS-PL-L006A-F005焊口射线底片黑度实测值见表4,所有射线底片的像质灵敏度和黑度均符合ASME规范的相关要求。4.2根据辐射底板指示该类焊接接头射线检测底片缺陷检出情况如表5所示。5超声检测配合使用问题通过上述分析可知，AP1000主蒸汽管道嵌入式支管座焊接接头的射线检测完全满足ASME规范的技术要求，实际检测过程中亦取得良好的检测效果，对该类焊接接头的质量提供了可靠的保障。但从实际检测中发现的缺陷情况、焊接过程中容易产生的危险性缺陷(如裂纹、未熔合等)以及该类焊接接头的结构特点等综合分析，同时考虑该类焊接接头为主蒸汽管道和主蒸汽安全阀入口管线的连接焊接接头，对保障核电站的安全运行有重要作用，特此提出在进行射线检测的同时，采用超声检测作为补充，能更加全面和完整地对该类焊接接头质量进行控制。如图11所示，建议在主蒸汽管道外壁采用①和②横波斜探头(45°)一次反射波技术，在嵌入式支管座内壁分别采用Ø6～8mm的0°纵波直探头和10°～15°小角度纵波直探头进行补充检测。其中，探头①和②主要检测主蒸汽管道一侧坡口熔合是否完好，以及焊接接头裂纹等危害性缺陷；探头③和④主要检测嵌入式支管座一侧坡口面的熔合情况。在使用超声检测作为补充检查时，应与射线检测对焊接接头的质量验收进行区分，即当超声检测时有记录性回波显示存在，应参照相关的超